甘蔗渣基活性炭功能材料的制备及其在水环境中Pb2+吸附的应用研究

为解决重金属水污染问题，研究人员以甘蔗渣为原料制备活性炭（AC），并通过壳聚糖（CS）和乙二胺四乙酸（EDTA）改性，开发出2EDTA/0.5CS/AC复合材料。该材料对Pb2+的吸附效率达87.13%，最大吸附容量为54.97 mg/g，且可重复使用5次以上，为重金属污染治理提供了高效环保的解决方案。

　　

研究背景
全球水污染问题日益严峻，其中重金属污染因其毒性和生物累积性成为重大威胁。铅离子（Pb²⁺）作为典型重金属污染物，可引发癌症、肝肾衰竭等疾病。吸附法因其高效低成本成为主流处理技术，但传统吸附剂存在再生困难或原料昂贵等问题。甘蔗渣作为制糖业副产品，年产量巨大却多被废弃，其高纤维素含量为制备活性炭（AC）提供了理想原料。如何通过简单方法将其转化为高性能吸附剂，并实现重金属靶向吸附，成为研究焦点。

研究机构与技术方法
越南河内市的研究团队通过化学活化法从甘蔗渣中制备AC，并创新性地采用壳聚糖（CS）和乙二胺四乙酸（EDTA）对其进行表面修饰。研究通过比表面积分析（BET）、扫描电镜（SEM）等技术表征材料特性，结合动力学实验和等温吸附模型（Langmuir和Freundlich）解析吸附机制，最终评估了复合材料的循环使用性能。

研究结果

材料特性分析
AC呈现无定形多孔结构，含微孔（55.7 ?）和介孔（47.1 ?），比表面积达354.8 m²/g。改性后2EDTA/0.5CS/AC复合材料的比表面积降至54.8 m²/g，但表面官能团（-COOH和-OH）显著增加，为Pb²⁺提供了更多结合位点。

吸附性能优化
当EDTA:CS:AC配比为2:0.5:1时，复合材料对Pb²⁺的吸附效率达87.13%，最大吸附容量（q_max）为54.97 mg/g，较纯AC提升约2倍。吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型，表明其为单分子层化学吸附主导的自发放热过程。

循环利用与普适性
材料经5次循环后仍保持70.98%的吸附效率，且能同步吸附难降解有机染料。表征证实吸附过程未改变材料的结构与化学性质，证明其稳定性。

结论与意义
该研究成功将农业废弃物转化为高性能环境修复材料，2EDTA/0.5CS/AC复合材料通过物理-化学协同作用实现了Pb²⁺的高效捕获。其制备方法简单、成本低廉，且兼具可重复使用和多功能吸附特性，为重金属污染治理提供了可持续解决方案。论文发表于《Materials Today Communications》，为农业废弃物高值化利用和绿色吸附剂开发提供了重要参考。